Volt et ampère standard

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Une question récente sur ici sur la façon de calculer la précision d'un circuit m'a fait penser à l'étalonnage en général.

En particulier, en tant qu'EE, nous utilisons régulièrement des volts et des ampères comme une unité et pourtant ce sont des choses assez vagues et difficiles à quantifier.

Autrefois, un volt était défini par une "cellule standard" gardée enfermée quelque part dans une chambre forte, mais qui a changé pour utiliser la "norme de tension Josephson" qui est un système complexe qui utilise une puce de circuit intégré supraconductrice fonctionnant à 70– 96 GHz pour générer des tensions stables qui ne dépendent que d'une fréquence appliquée et de constantes fondamentales.

Ce dernier n'est pas exactement quelque chose que l'on pourrait jeter ensemble dans un sous-sol, ou même dans les départements d'ingénierie de test de la plupart des entreprises.

L'Ampère est pire. Il est défini dans SI comme "Ce courant constant qui, s'il était maintenu dans deux conducteurs parallèles droits de longueur infinie, de section circulaire négligeable, et placé à un mètre l'un de l'autre dans le vide, produirait entre ces conducteurs une force égale à 2 × 10 −7 newtons par mètre de longueur. "

Je n'ai aucune idée de comment quelqu'un pourrait mesurer cela.

L'ohm était auparavant défini par une hauteur et un poids spécifiques de mercure, mais cela a été abandonné au profit d'une unité dérivée de 1V et 1A.

Tout cela m'amène à me demander quelle part de ce que nous utilisons est calibrée par rapport au compteur de quelqu'un d'autre. Et combien de ces compteurs sont calibrés pour ceux de quelqu'un d'autre ... et ainsi de suite. On dirait un grand château de cartes.

Y a-t-il une sorte de norme intermédiaire de mesures ou d'équipement que vous pouvez acheter pour l'utiliser comme références étalonnées pour 1V, 1A et 1R? (De toute évidence, vous n'en avez besoin que de deux.)

Question bonus: existe-t-il une sorte d'autocollant de certification à rechercher lors de l'achat d'un compteur ou d'un autre équipement qui indique qu'il est effectivement testé aux valeurs SI réelles par rapport à, par exemple, un Fluke?

Trevor_G
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La définition de l'Ampère n'est pas du tout vague, bien au contraire. Mais oui, il est impossible de mesurer dans la pratique. Dans l'ensemble, une question intéressante. La métrologie en général m'a fait me gratter la tête le plus souvent.
Dampmaskin
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L'implémentation directe de "The Definition" est probablement trop difficile et excessive pour la plupart des applications, donc différentes implémentations "assez bonnes" de dispositifs de référence sont disponibles. par exemple nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1239.pdf De même, si vous payez pour plus d'argent, vous pouvez raccourcir la "chaîne d'étalonnage", par exemple au lieu d'utiliser un coup de chance, vous utilisez ce que le coup de chance utilise.
user3528438
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@ MarcusMüller: Page intéressante au NIST sur la mesure de l'ampère nouvellement défini: nist.gov/news-events/news/2016/08/counting-down-new-ampere
Peter Smith
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@Dampmaskin, tout ce qui contient les mots "infini" et "négligeable" est vague dans mon livre;)
Trevor_G
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N'oubliez pas l'ancien axiome: si cela fonctionne, c'est un Fluke.
Hot Licks

Réponses:

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Tout cela m'amène à me demander, combien de ce que nous utilisons est calibré au compteur de quelqu'un d'autre. Et combien de ces compteurs sont calibrés pour ceux de quelqu'un d'autre .. et ainsi de suite. On dirait un grand château de cartes.

et...

Existe-t-il une sorte d'autocollant de certification à rechercher lors de l'achat d'un compteur ou d'un autre équipement qui indique qu'il est effectivement testé aux valeurs SI réelles par rapport à un test Fluke par exemple ...

Vous avez décrit précisément ce qui se passe. Vous n'avez pas besoin d'avoir un «étalon d'or» exotique, cher, dans le laboratoire interne de votre entreprise, tant que vous avez une traçabilité d'étalonnage certifiée (si vous en avez besoin) jusqu'à un laboratoire accrédité qui l'a réellement.

Et oui, ils ont effectivement mis dans votre instrument un autocollant délivré par le laboratoire accrédité, avec la date d'expiration de la validité de l'étalonnage. Je l'ai vu moi-même.

En interne, vous vous retrouverez dans l'une de ces situations:

Chaîne de traçabilité des étalonnages

Je me souviens que lorsque je travaillais dans l'industrie aérospatiale, nous devions faire calibrer tous les instruments de mesure, avec leur autocollant et leurs certificats d'étalonnage traçables et la documentation associée. Les procédures d'essai («normes de travail»), les instruments à utiliser et leur traçabilité d'étalonnage devaient tous être documentés de manière exhaustive et soumis à l'approbation du client bien avant que des tests de livraison réels soient effectués sur le produit.

Bien sûr, chaque industrie a ses propres exigences et niveaux de qualité. Je ne pense pas que quiconque puisse raisonnablement s'attendre à ce qu'un fabricant chinois de multimètres bon marché dispose d'un tel programme d'étalonnage, car cela n'aurait aucun sens pour eux ou pour leurs clients.

Retour à la chaîne de traçabilité: les laboratoires nationaux de métrologie dans la figure ci-dessus sont les instituts nationaux de métrologie. Le NMI pour les États-Unis est le NIST. Un examen plus approfondi de la "chaîne alimentaire" de la métrologie est illustré dans la figure ci-dessous, au cas où vous vous poseriez la question:

Structure de traçabilité des étalonnages

Source d'images: Calibration et traçabilité dans la technologie de mesure

Enric Blanco
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Cela demande de poser une autre question. Lorsque vous examinez un composant qui inclut une tension interne ou une référence de courant, ou vraiment N'IMPORTE QUELLE des spécifications électriques, doit-on s'attendre à ce que ces spécifications soient certifiées NIST.
Trevor_G
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Il faut s'attendre à ce qu'un fabricant de semi-conducteurs légitime (non contrefait) dispose d'un programme d'étalonnage décent pour son pool d'instruments (impliquant probablement la certification NIST et de bonnes procédures de test / normes de travail internes), et qu'en conséquence, il peut respecter les spécifications de leurs produits (précision de la tension, etc.). Cependant, cela ne signifie pas qu'ils peuvent prétendre que leurs spécifications de produit sont certifiées NIST!
Enric Blanco
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@Trevor, si vous achetez vos instruments auprès de Keysight ou Tek ou d'autres marques de haute qualité, ils offriront un certificat d'étalonnage traçable NMI comme option à coût supplémentaire. Si vos instruments sont calibrés dans un bon laboratoire d'étalonnage, ils offriront un certificat similaire.
Le Photon du
@ThePhoton Effectivement. De plus, et selon le pays, Keysight et autres sont eux-mêmes des laboratoires accrédités qui peuvent offrir un programme d'étalonnage complet pour TOUS vos instruments internes, quelle que soit la marque. Cependant, ce n'est pas le laboratoire le moins cher :) bien que leur travail d'étalonnage soit vraiment excellent.
Enric Blanco
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Maintenant, dans un exercice de folie, consultez la page Wikipedia sur la définition du kilogramme , qui est l'ultime exemple de pourquoi nous nous appuyons sur des chaînes de certifications. Le kilogramme réel, l'IPK stocké en France, est rarement mis en évidence car il est trop important. Il semble également dériver de ses copies de quelques microgrammes ...
Cort Ammon
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Existe-t-il une sorte d'autocollant de certification à rechercher lors de l'achat d'un compteur ou d'un autre équipement indiquant qu'il est effectivement testé aux valeurs SI

Si vous achetez vos instruments auprès de Keysight ou Tek ou d'autres marques de haute qualité, ils offriront un certificat d'étalonnage traçable NMI comme option à coût supplémentaire. Si vous avez vos étalonnages périodiques effectués dans un laboratoire de haute qualité, ils offriront un certificat similaire

Si vous ne commandez pas ce certificat, votre instrument sera probablement toujours testé avec les mêmes procédures, mais le vendeur n'assumera pas la responsabilité de conserver des enregistrements de ce test et de ses résultats.

Je sais que dans mon secteur, nos clients vérifient régulièrement notre site de fabrication et vérifient que tous les instruments utilisés sur notre ligne de test ont des certificats d'étalonnage traçables.

vs testé contre disons un Fluke ...

Il peut toujours s'agir d'un étalonnage traçable, si le Fluke possède un certificat valide. Bien sûr, chaque pas loin de l'étalon primaire augmente les erreurs possibles propagées de mesure en mesure, réduisant la précision que vous seriez en mesure de revendiquer pour l'instrument testé.

Tout cela m'amène à me demander, combien de ce que nous utilisons est calibré au compteur de quelqu'un d'autre. Et combien de ces compteurs sont calibrés pour ceux de quelqu'un d'autre .. et ainsi de suite. On dirait un grand château de cartes.

Au sommet du tas de métrologie se trouvent les étalons de référence appartenant aux laboratoires nationaux de normalisation. Et ceux-ci ne sont en effet principalement testés que par comparaison les uns avec les autres. Par exemple, le NIST vérifie la précision de son horloge atomique en la comparant aux horloges atomiques entretenues par la British Standards Institution, l'Association Française de Normalisation, le Chinese National Institute of Metrology, etc. C'est parce que lorsque vous faites le plus instrument précis dans le monde pour certaines mesures, la seule chose à comparer avec les tentatives des autres pour produire la même chose.

Le photon
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Compris. Merci. Mais toujours un château de cartes.
Trevor_G
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@Trevor, oui, c'était mon point.
The Photon
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L'étiquette que vous voulez est "traçable au NIST" (au moins aux USA).

L' Institut national des normes et de la technologie maintient des étalons primaires, et tous les autres étalons (dans les laboratoires d'étalonnage, etc.) sont périodiquement vérifiés par rapport à eux, directement ou indirectement. Si vous vous souciez de la précision absolue de vos instruments, vous aurez une documentation qui décrit toutes les étapes par lesquelles vos étalonnages peuvent être retracés jusqu'au NIST. Cela comprendrait les normes ou les instruments de transfert utilisés, ainsi que depuis combien de temps chacun a été vérifié par rapport à la norme supérieure suivante dans la chaîne.

Dave Tweed
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Donc, utiliser des compteurs importés bon marché est probablement une mauvaise idée alors;)
Trevor_G